S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNKKA Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät 1,3,5,7,9 1. välikoe: tehtävät 1,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,10 Oletko muistanut vastata palautekyselyyn? Voit täyttää lomakkeen nyt. 1. Laske virta. J =A, 1 =11V, =15V, 1 =6,5Ω, =Ω, 3 =3Ω, 4 =4Ω J. Kytkin suljetaan hetkellä t =0. Laske kelan jännite u(t), kun t 0. 1 =V, =6V, 1 =74Ω, =37Ω, L =H. t =0 1 1 L u(t) 3. Laske virta. 1 =Ω, =4Ω, L =H, ω = 1 s, 1 =18 0 V, =4 90 V L + 4. Piirin kokonaisimpedanssi Z tunnetaan (ehkä joku on mitannut sen). Laske annettujen tietojen perusteella vastuksen jännitteen tehollisarvo U. Kelan ja kondensaattoreiden lukuarvoja, :n vaihekulmaa tai taajuutta ei tarvita! =50Ω, =10 φ V, Z =8+6jΩ. U + Z 5. Laske muuntajan toisiojännite U. L 1 = 0,04 H, L = 1 H, M = 0, H, ω = 100 1, s =10 0 V, 1 =Ω, =50Ω M L 1 L U Käännä

2 6. Vastuksen jännite U =1,08 V, kun diodi on estosuunnassa. Laske likiarvona diodin jännite U päästösuunnassa (kuvassa oikealla). =7V, nu T =50mV. U U 7. Kuva esittää Darlington-transistoriparia. Laske jännitelähteen virta. = 10 kω, β 1 = β = 00, U B1 = U B =0,7 V, 1 =5V, =10V. 1 B C 8. Laske virta 1. 0 =5kΩ, 1 =4kΩ, =3kΩ, 3 =3kΩ, =1, V Toteuta oheinen totuustaulukko (sarake Q) logiikkapiireillä muuttujien A, B ja D funktiona Kuvan (n + n)-bittinen -muunnin on toteutettu operaatiovahvistimella ja kahdella n- bittisellä -muuntimella. Mitoita vastukset 1 ja, kun n + n =8+8. Molemmilla muuntimilla U FS =6,4 V. Samoin koko muuntimen U FS =6,4 V. 0 =1kΩ. MSB U FS U FS U U atkaisut ovat ilmoitustaululla. Tulokset tulevat sinne tai nettiin n Seuraava tentti syyskuussa. Hauskaa kesää.

3 S SÄHKÖTKNKKA Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät 1,3,5,7,9 1. välikoe: tehtävät 1,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,10 1. Laske virta. J =A, 1 =11V, =15V, 1 =6,5Ω, =Ω, 3 =3Ω, 4 =4Ω J ( + J)+ 4 =0 = 3 J =1A (1) Kytkin suljetaan hetkellä t =0. Laske kelan jännite u(t), kun t 0. 1 =V, =6V, 1 =74Ω, =37Ω, L =H. 1 t =0 1 L u(t) i }{{} i = 1 u + u = 1 + ( BAe t/τ B Ae t/τ = τ = } {{ } B= 7 37 L 1 = ( ) L A 1 τ } {{ } A + 1 ) }{{} u L di dt () e t/τ (3) =0, s (4) i(0) = 1 u(0 ) = 1 0 = B Ae 0 A = B 1 = = ) u = L d ( B Ae t/τ dt = L (0 A ) τ et/τ (5) = e t/τ =4e t/τ (6) 3. Laske virta. 1 =Ω, =4Ω, L =H, ω = 1 s, 1 =18 0 V, =4 90 V. + 1 L ( + )+ =0 (7) +jωl + =0 = jωl ( 1 + ) jωl + =0 (8) }{{ } 1 +( 1 + ) jωl = 1 ( 1 + ) (9)

4 = 1 ( 1 + ) 1 +( 1 + ) jωl = 18 6j +6j = 3j 6j + +6j = 3j = 3 90 A (10) 4. Piirin kokonaisimpedanssi Z tunnetaan (ehkä joku on mitannut sen). Laske annettujen tietojen perusteella vastuksen jännitteen tehollisarvo U. Kelan ja kondensaattoreiden lukuarvoja, :n vaihekulmaa tai taajuutta ei tarvita! =50Ω, =10 φ V, Z =8+6jΩ. U + Z Vastus on ainoa, joka syö :n luovuttamaa pätötehoa. + Z =0 = Z (11) S = = Z = = (8 + 6j) = =8+6j Z 8 6j (1) S = P = U = U U = U (reaaliluku) (13) U = P = 8 50=0V (14) Z perustuu seuraaviin lukuarvoihin (joita ei siis tarvittu): C 1 =40mF, C =80mF, ω =1 1 s, L =5H. Kulma φ riippuu vain aika-akselin nollakohdan valinnasta, eikä siten vaikuta näennäistehon kulmaan tai suuruuteen mitään! 5. Laske muuntajan toisiojännite U. L 1 = 0,04 H, L = 1 H, M = 0, H, ω = s, =10 0 V, 1 =Ω, =50Ω. Laskuharjoitustehtävä: U =4,5 14 V M L 1 L U 6. Vastuksen jännite U =1,08 V, kun diodi on estosuunnassa. Laske likiarvona diodin jännite U päästösuunnassa (kuvassa oikealla). =7V, nu T =50mV. U U U + U U =0 U = U = 5,9 V (15) = U = S(e U nu T U = =7 U 1) S (0 1) S = U (e0u (16) 1)=7 1,08(e 0U 1) (17) U =8,08 1,08e 0U 0,1 V (18) Tulos saadaan kokeilemalla eri U :n arvoja, kunnes yhtälö toteutuu (iterointi).

5 7. Kuva esittää Darlington-transistoriparia. Laske jännitelähteen virta. = 10 kω, β 1 = β = 00, U B1 = U B =0,7 V, 1 =5V, =10V. 1 B C 1 + B1 + U B1 + U B =0 B1 = 5 1, (19) = C1 + C = β 1 B1 + β B = β 1 B1 + β ( B1 + β 1 B1 ) (0) =(β 1 + β (1 + β 1 )) B1 = β(β +) }{{} β Darlington = B1 =1,1 A (1) 8. Laske virta 1. 0 =5kΩ, 1 =4kΩ, =3kΩ, 3 =3kΩ, =1, V U O U = U ( 0 U O = 1+ ) U + {}}{ U () 1 1 U + = U + U O (3) 0 3 ( 3 ( U + )=U + 1+ ) U + (4) 0 1 U + = = U + 0 = = 4,8 V (5) =1, ma (6) 3 Tuloksesta nähdään, miten 0 on sarjassa laskuharjoituksissa lasketun negatiivisen resistanssin kanssa. 9. Toteuta oheinen totuustaulukko (sarake Q) logiikkapiireillä muuttujien A, B ja D funktiona

6 D AB Q A D A D 1 & 1 Q Q = A D + AD = A + D + AD (7) Q = A D + AD = A D AD (8) = (A + D) (A + D) =AA + AD + DA + DD (9) = AD + DA = A D (30) 10. Kuvan (n + n)-bittinen -muunnin on toteutettu operaatiovahvistimella ja kahdella n- bittisellä -muuntimella. Mitoita vastukset 1 ja, kun n + n =8+8. Molemmilla muuntimilla U FS =6,4V. Samoin koko muuntimen U FS =6,4V. 0 =1kΩ. MSB U FS U FS U U U =0 (31) ( U U U = 0 = 0 ( + 1 )= 0 + U ) 1 U = 0 U + 0 (3) 1 1 U MAX = MAX = U FS = U FS (33) = U = U FS =5mV (34) n Missä U FS tarkoittaa siis yksittäisen -muuntimen U FS :ää. Tutkitaan esimerkiksi tilannetta Tällöin U =0ja = : 0 = U FS 1 n+n 1 = n+n 0 = n 0 = 56 kω (35) U FS Lähtöjännitteen maksimiarvo vastaa tilannetta Tällöin U = = U FS = U FS : U MAX = 0 U MAX + 0 MAX = 0 U FS + 0 U FS (36) 1 1 Jotta koko muuntimen U FS olisi sama 6,4 V, pitää U:n maksimijännitteen olla yhden U:n verran pienempi, missä koko muuntimen U 97,66 µv: U MAX =( n+n 1) U =( n+n 1) U FS (37) ( n+n 0 + ) 0 ( n 1) =( n+n 1) U FS (38) 1 }{{} n+n U FS ( n 0 + ) 0 n 1 = n+n 1 (39) 1 n n+n ( ) = n n n 1 n+n 1 = n +1 (40) n+n n = 0 =1kΩ (41)